[发明专利]包含胆甾型液晶混合物的光谱检测器

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量电磁频谱的部分上的光特性的光谱检测器。特别地，本发明涉及包括胆甾型液晶的光谱检测器以及用于制造这种光谱检测器的方法。

背景技术

在由人工光源照亮的环境中，照明管理变得越来越重要。一般而言，诸如发光二极管之类的固态光源的使用允许对所发出的光的颜色的调节。一般期望能够检测例如光源环境中的光的色点和显色指数，以及从光源发出的光的在电磁频谱的一部分上的其他特性，以便调整和控制优选的灯光设定或者创建动态照明氛围。另外，最好能够以不显眼的方式进行这种检测。此外，期望能够确定入射于诸如经人工照明的房间之类的照明环境中特定位置上的光的诸如上述那些特性之类的特性。因而，不仅对光源的通量感兴趣，并且还对光源的光谱信息感兴趣。因此期望具有能够进行这种检测的廉价、不显眼并且易于制造的设备。

伴随已知光谱检测器的一个缺点是，它们一般需要诸如棱镜、光栅等之类的光学组件，而这些光学组件要求对准和空间，并因而昂贵且笨重，并且因此无法不显眼地布置在期望的位置来进行光谱检测。

文献GB-1372921A，在以下称为D1，公开了一种采用液晶物质的光学滤光片系统，该滤光片包括线性偏振片构件、线性分析器构件以及多个液晶薄膜，该多个液晶薄膜定位于线性偏振片构件与线性分析器构件之间。依据D1，该光学滤光片系统能够透射若干辐射波长带。

伴随D1的一个缺点是，为了实现若干辐射波长带的透射率，需要若干液晶薄膜，这使得制造这样的光学滤光片系统的工艺昂贵而繁琐。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种作为对已知光谱检测器的改进的、能够检测在电磁频谱的部分上的光特性的光谱检测器。

本发明的另一目的是提供一种用于制造这样的光谱检测器的方法。

液晶是展现出介于常规液相与固相之间的相的物质。举例而言，液晶可以像液体一样流动，但液晶中的分子仍然可以像在晶体中那样排列和/或定向。液晶可处于以液晶中存在的分子的排列的类型为特征的多种相中。特别是，处于胆甾相或手性向列相中的液晶展现出手征性或者手偏性。

胆甾型液晶中的分子是手性的，亦即，它们不具有反演对称性。胆甾型液晶(在无诸如电场之类的外部影响的情况下)自然地拥有分子长连串排列，其中这种分子连串的总体方向，即指向矢，在围绕螺旋轴的方向上呈螺旋地变化。因而，所述分子在胆甾相中展现出螺旋结构。螺旋旋转360°经过的距离，即螺旋节距或手征节距(在下文中简单称为螺距)，与折射率、入射光的波长和入射角度等一起确定胆甾型液晶的光学特性。

一般而言，胆甾型液晶混合物包含向列型液晶和手性组分，手性组分本身可以是液晶。如果螺距为与可见光对应的波长的量级(即，包括在与可见光对应的波长的范围内)，则会发生光反射，而反射波长λ为：

λ＝n/(HTP·x)

其中n为胆甾型液晶的平均折射率，x为胆甾型液晶混合物中存在的手性组分的百分比，而HTP为所谓的螺旋扭曲力，对于x＝1的情况，该螺旋扭曲力为螺距的倒数。只有具有一个(圆)偏振方向的光才会被反射。为了改变反射的波长，可以调节x的值或者可以调整HTP(螺距的倒数)的值。在一些胆甾型混合物中，胆甾型液晶中的手性组分是可光异构化的，亦即，当这种混合物受到辐射时，手性材料的量x减少并伴随以随后的具有不同HTP值的新的混合物或材料的形成。对于其他胆甾型混合物，HTP取决于温度，并且因而这样的胆甾型混合物是热致变色的。

本发明基于这样的原理：即可以通过手性分子所暴露于的电磁辐射(优选地，紫外辐射)的量来控制所述手性分子的螺旋的螺距。以这种方式，通过在胆甾型材料的层上的不同位置处使用不同曝光强度和/或曝光时间的电磁辐射，有可能以受控方式实现胆甾型材料的层的多个部分，使得在总体上每个部分具有其自身的光学透射。与光电探测器阵列或者光传感器相结合，可以实现能够对处于电磁频谱的不同部分上的光特性进行测量的光学光谱检测器。以这种方式，可以获得具有如下文所述的若干优点的光谱检测器。

根据本发明的第一方面，提供一种如独立权利要求1所限定的、包含胆甾型液晶层的光谱检测器，该光谱检测器具有相较于已知设备的若干优点。本发明的设备能够以简单的方式直接用于测量处于电磁频谱的不同部分上的光特性，而无需任何诸如棱镜、光栅、单色器等之类的辅助光学组件。另外，通过使用根据本发明的光谱检测器，由于本发明的光谱检测器的小巧的外形因子(亦即，物理形状和尺寸)，可以在各种期望的照明环境中以不显眼的方式进行这样的测量。因为小巧的外形因子，所以可以很容易地将该光谱检测器集成在许多应用之中。此外，可以以廉价的方式制造这样的光谱检测器。